實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般原則是:供電可靠, 操作方便、安全靈活, 經(jīng)濟(jì)合理、規(guī)模適當(dāng)、后期可擴(kuò)展。供電系統(tǒng)的接線方式在滿足運(yùn)行要求和保證供電質(zhì)量的前提下應(yīng)力求簡(jiǎn)單, 根據(jù)負(fù)荷等級(jí)來(lái)保證其不同的可靠性, 減少供電層次和操作程序, 保證在正常運(yùn)行時(shí)操作方便, 發(fā)生事故時(shí)檢修方便, 同時(shí)能適應(yīng)分期建設(shè)的需要, 將來(lái)發(fā)展擴(kuò)展方便。

供電系統(tǒng)是由電源和輸配電系統(tǒng)組成的輸送給用電設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng), 大致可分為TN, IT, TT三種, 其中TN系統(tǒng)又分為TN-C, TN-S, TN-C-S三種表現(xiàn)形式。在此僅對(duì)TN系統(tǒng)做簡(jiǎn)要介紹, IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)不太適合實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)需求, 本文不作贅述。

該系統(tǒng)稱作保護(hù)接零, 也就是三相五線制。通常是一個(gè)中性點(diǎn)接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均接到保護(hù)線上, 并直接與系統(tǒng)接地點(diǎn)相連, 當(dāng)電氣設(shè)備金屬外殼帶電時(shí), 形成相線和地線金屬性單相短路, 短路電流即經(jīng)金屬導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路?；芈冯娮栊? 電流大, 能使熔絲迅速熔斷或保護(hù)裝置瞬間啟動(dòng)切斷電源。

該系統(tǒng)中保護(hù)線與中性線合并為PEN線, 具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生接地短路故障時(shí), 電流激增可使電流保護(hù)裝置切斷電源。但該系統(tǒng)對(duì)于單相負(fù)荷及三相不平衡負(fù)荷的線路, PEN線總有電流流過(guò), 對(duì)敏感性電子設(shè)備不利, 在危險(xiǎn)的環(huán)境中還可能引起爆炸。

該系統(tǒng)中保護(hù)線和中性線分開(kāi), 系統(tǒng)造價(jià)略貴。除具有TN-C系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外, 平時(shí)PE線不通過(guò)負(fù)荷電流, 可適用于精密電子儀器設(shè)備的供電, 也可用于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中。

該系統(tǒng)PEN線自A點(diǎn)起分開(kāi)為保護(hù)線 (PE) 和中性線 (N) 。分開(kāi)以后N線對(duì)地絕緣。PE線不再與N線合并。為防止PE線與N線混淆, 應(yīng)分別給PE線和PEN線涂上黃綠相間的色標(biāo), N線涂以淺藍(lán)色色標(biāo)。該系統(tǒng)是一個(gè)廣泛采用的配電系統(tǒng), 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 又具一定安全性。

實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)一般分為照明用電、分析儀器用電、電熱設(shè)備用電、防雷及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)用電等部分, 具有供電點(diǎn)多、供電精度要求高、局部耗電量大等特點(diǎn)。為保證實(shí)驗(yàn)室供電穩(wěn)定可靠, 應(yīng)設(shè)計(jì)使用獨(dú)立的終端降壓變電。各個(gè)用電分系統(tǒng)設(shè)計(jì)為具有總控和分控的獨(dú)立回路系統(tǒng)。分析儀器用電則經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出到各個(gè)分析室, 經(jīng)繼電保護(hù)按鈕開(kāi)關(guān)送到室內(nèi)各用電點(diǎn)。電熱設(shè)備用電采用獨(dú)立系統(tǒng)。為減少和消除漏電電流對(duì)檢測(cè)信號(hào)的干擾, 各個(gè)系統(tǒng)建立獨(dú)立的良好接地。接地設(shè)點(diǎn)要正確, 避免儀器各單元形成電位差, 產(chǎn)生噪音。接地線采用銅芯線深埋, 下端連接鑄鐵底座, 充填減阻劑。

配備一定功率的備用發(fā)電機(jī)對(duì)于實(shí)驗(yàn)室正常開(kāi)展日常檢測(cè)也相當(dāng)必要, 主要目的是在市電停電時(shí)為應(yīng)急照明、關(guān)鍵設(shè)備和區(qū)域提供可靠、充足的電力供應(yīng), 保證如質(zhì)譜儀、培養(yǎng)箱、冰箱等需要持續(xù)或一定時(shí)間電力維持的重要設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)是一門綜合性技術(shù), 在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)或裝修過(guò)程中, 往往忽略如地線、電源的不穩(wěn)定等因素, 導(dǎo)致儀器設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不明原因的停機(jī)、漏電、測(cè)量異常、電子元件損壞等現(xiàn)象, 甚至造成人員安全問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)室的總體布線應(yīng)在裝修過(guò)程中就有所考慮。為避免不同負(fù)載之間的互相干擾, 檢驗(yàn)用電照明、辦公用電和儀器用電一定要分開(kāi)布線。在設(shè)計(jì)線路時(shí)還要考慮到微電子設(shè)備與大功率用電器不能接在同一線路上, 大功率設(shè)備的啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生脈沖電壓, 而這些脈沖電壓很容易引起其他設(shè)備讀數(shù)波動(dòng)、數(shù)據(jù)丟失或損壞元件等故障。鋪設(shè)線路時(shí)最好預(yù)留余量, 電線比實(shí)際要求粗些, 避免因電線太細(xì)引起的發(fā)熱加速線路老化進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著科技的進(jìn)步, 各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的集成化程度越來(lái)越高, 大規(guī)模集成電路被廣泛運(yùn)用于各種電子實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備, 但因供電方式和保護(hù)措施不當(dāng), 其損壞率逐年上升, 造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。在三相電力系統(tǒng)中電源中性點(diǎn)的工作狀態(tài)有直接接地和非直接接地兩種。一般在高壓電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng), 實(shí)驗(yàn)室所需的電壓一般較低, 從供電的可靠性、安全性和大部分設(shè)備本身對(duì)供電的要求方面考慮, 實(shí)驗(yàn)室最好將供電系統(tǒng)建設(shè)成中性點(diǎn)非直接接地的供電系統(tǒng), 并配有相應(yīng)的接地保護(hù)裝置。

大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的終端供電系統(tǒng)是單相供電, 即:一根火線, 一根零線。到底哪根是火線, 哪根是零線無(wú)法用肉眼直接判斷。一旦設(shè)備兩個(gè)插頭方向插反, 就會(huì)使機(jī)殼帶電, 而設(shè)備放置在與地面絕緣的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上, 兩臺(tái)設(shè)備機(jī)殼之間的電位差近于電源電壓, 當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員身體部位同時(shí)接觸兩臺(tái)設(shè)備時(shí)就會(huì)觸電, 若不采用相應(yīng)的防觸電保護(hù)措施, 后果嚴(yán)重。故應(yīng)將設(shè)備的火線、零線和地線區(qū)分開(kāi), 將設(shè)備的單相兩極電源插頭改換成單相三極插頭, 并將設(shè)備的地線與實(shí)驗(yàn)室整體地線牢固連接, 這樣實(shí)驗(yàn)設(shè)備的火線、零線、地線不存在錯(cuò)位問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)室用電安全不但關(guān)系到儀器設(shè)備安全, 還直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)過(guò)程檢驗(yàn)人員的人身安全, 必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。如接入接地保護(hù)裝置或裝漏電保護(hù)器。采用保護(hù)接地, 可以避免或減輕觸電危害, 實(shí)驗(yàn)室的各種電子儀器儀表、傳動(dòng)裝置、控制臺(tái)等均應(yīng)實(shí)行保護(hù)接地。在實(shí)驗(yàn)室安裝漏電保護(hù)裝置比設(shè)備外殼直接接地更能有效防止觸電, 但跳閘次數(shù)的增多降低了供電的可靠性, 對(duì)于一些高精密儀器設(shè)備不利。而且安裝漏電保護(hù)器和不安裝漏電保護(hù)器的設(shè)備不得共用一組接地裝置。

靜電對(duì)精密電子儀器的影響最大, 它像隱形殺手。有資料報(bào)導(dǎo)人在地毯上行走會(huì)產(chǎn)生1200V靜電, 在塑料地板上行走會(huì)產(chǎn)生4000V靜電, 當(dāng)人體感到靜電作用時(shí), 電壓可以達(dá)到2500V, 這足以使電子設(shè)備發(fā)生故障。在許多儀器的電子元件中, 集成電路的芯片會(huì)被10V的小靜電干擾, 即使加上防靜電裝置, 也很難抵抗500V以上的靜電作用。靜電干擾不僅能破壞儀器內(nèi)存, 引起儀器誤操作, 嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒毀電路芯片甚至整個(gè)電路板。要確保所有儀器接地良好, 三端插頭中接地端不能開(kāi)路, 特別進(jìn)口儀器, 有些源插頭只有兩插, 與國(guó)內(nèi)插座不配套, 應(yīng)設(shè)法更換電源插頭。

儀器能否正常運(yùn)轉(zhuǎn), 人員是否安全, 與實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)有著密切的關(guān)系, 因此, 在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)裝修過(guò)程中, 對(duì)用電功率的大小、位置、布局、電線的容量和防漏電、防靜電的措施等因素都要進(jìn)行總體考慮。建設(shè)一套功能完備、安全可靠的供電系統(tǒng)是保證檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的重要保障。
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